FETs的不同类型有哪些？

场效应晶体管（FETs）是当今数字逻辑的主力军，但它们在数字集成电路之外还有大量应用，从电机驱动器到电压调节器以及特殊放大器都可以利用不同类型的FETs，而且与双极结型晶体管（BJT）相比，离散FETs有一些有用的优势使其更受欢迎。

尽管高级组件和应用不断专注于根本性地修改和优化FET架构，但离散的BJTs和FETs将继续存在。各种类型的FETs在不同系统中都有其位置，设计师可以通过最佳的供应链工具找到他们需要的确切FETs。如果你不确定应该使用哪种类型的FET，阅读我们的指南以了解更多关于不同FETs及其最重要的规格。

FETs的类型及其应用

场效应晶体管，或简称FETs，构成了现代数字集成电路的基础。就像早期的BJTs一样，FETs是三端开关（如果你包括MOSFET中的本体端，则为四端），通过向栅极施加电压来控制源极和漏极之间的电流流动。一旦向栅区施加电压，通道电阻就会随输入电压的函数而切换状态。这些是不同类型FETs的基本原理。

FETs分为三种不同类型：绝缘栅FETs（更广为人知的MOSFETs）、结FETs（JFETs）和金属-半导体FET（MESFET）。下面的流程图简要总结了这三种类型的FETs及其子类型。在不同类型的MOSFETs中，增强型或耗尽型FETs的选择为设计师在其系统中实现开关（例如，在电源调节器中）提供了一定的灵活性。

有这么多不同类型的FETs可供选择，哪一种是最好的，它们与BJTs相比如何？让我们更深入地探讨哪些类型的FETs对不同应用至关重要。

MESFET应用

MESFETs通常用作RF应用中要求高功率输出的驱动器或开关。商用MESFET组件有多种封装可供选择；SO/SOIC/SOP封装的组件可提供达到~8 GHz的带宽，而在QFN封装中可以访问高达~30 GHz的高频率。高频MESFETs通常由SiGe（低至中等功率输出）或GaAs（用于高功率输出）制成，你会发现这些结构集成到高频SoCs中。

MOSFET应用

在各种类型的FET中，MOSFET可能享有最广泛的实际应用范围。这些组件在许多电力电子应用中占有一席之地，因为它们可以处理达到千瓦级的开关功率。当然，任何熟悉现代CMOS逻辑电路的人都应该知道MOSFET构成了CMOS设备的基础。

如果你需要为开关应用选择一个离散的MOSFET，那么如何开关该设备就非常重要，因为你需要选择正确的电压极性应用于栅区。增强型NMOS经常被用作高电压/电流下的电源调节和调整应用中的开关元件；我发现这使得接地和布局更加容易，因为你只需要在板子周围提供正电压。

JFET应用

JFET也有n型和p型两种，其中n型通常被使用，因为电子的迁移率比空穴大。JFET在漏源电压足够高时也有一个击穿区域（类似于pn二极管的击穿）。与MOSFET相比，JFET具有以下特点：

• 仅耗尽模式

• 较低的频率漂移

• 较低的输入阻抗

• 高漏电阻提供更平坦的传输曲线

• 较高的输入电容

它们较低的频率漂移使它们在振荡器或精密定时电路中更受欢迎。较高的输入电容导致作为开关时开启时间略长。尽管它们可能对振荡器有用，但在放大器中使用时，与MOSFET相比，它们往往具有相对较低的增益带宽产品，与可比的MESFET相比则低得多。

HEMT应用

高电子迁移率晶体管（HEMT）指的是与FET中使用的材料更接近的东西，而不是完全不同的结构或电路类型。HEMT可用于必须在高频下供电或以快速边沿速率开关的射频设备。这些设备中典型使用的材料是GaAs和GaN，这两种都用于商业可用组件。这些设备旨在提供达到毫米波范围的高频率下的高功率输出。其他III-V材料如InP已被研究用于HEMT。然而，这些材料尚未能在标准组件工艺中大规模生产。

因为HEMT应用与MESFET重叠，询问这些材料之间的区别是公平的。区别出现在晶体管的外延层。HEMT是异质结构设备，使用与设备中的块材料具有更高电子迁移率的组成不同的堆叠材料层。在GaAs HEMTs中，外延层中常用的材料是非化学计量的AlGaAs。我们在MESFET中看不到这些相同的结构或材料。

在GaN HEMTs中使用的类似方法涉及到一个非化学计量层，其中外延层是AlGaN。下面展示了一个在SiC衬底上的HEMT结构示例。在这种结构中，AlGaN层可能是一个掺杂的多层结构，导电通道将在这部分设备中形成。

在导电通道中电子的高迁移率提供了在高GHz频率下更高效的功率传递。这些系统提供了更高的功率处理能力、更高的频率和更大的热量散发（特别是使用SiC）与在毫米波段运行的缩放Si MOSFETs相比。因为这些原因，GaN HEMTs也在电力电子中被用作Si MOSFETs的高热导替代品。

FETs的重要规格

尽管我们想列出数据表上的每一个规格，但并不是所有规格对每个应用都是相关的。有一些几乎对任何应用都是通用的：

• 导通状态电阻：这是最重要的规格之一，因为它决定了FET在功率传递和切换中的效率。

• 漏电流：即使在关闭状态，源和漏之间也会有一些微小的电流流动，导致关闭状态下的一些功率损失。

• 端口电容：这些电容值将限制设备的切换时间。这通常只在您设计高频模拟产品时才重要。

• 绝对最大温度：FETs如果通道温度达到其最大额定值将会失败。这里通常有一个小的安全系数，但在选择这些组件时需要考虑它们将被部署的环境。

• 电压/电流额定值：这对值是为特定的驱动方法（直流、脉冲或谐波）指定的，将决定FET的安全工作区域。一旦这些规格对于特定的FET被超过，设备可能会经历击穿并将失败。

最后一点与FET的安全工作区域有关。所有FETs都有一组源漏电压(V(DS))和漏电流(I(D))的组合，在此范围内FET可以在不失败的情况下运行。这些电压、电流和驱动方法的组合形成了MOSFET的安全工作区域，可以在图表上追踪出来。

下面展示了一个MOSFET的安全工作区域示例（来自ON Semiconductor的FDD7N25LZTM）。在这个图表中，直流驱动与不同条件下的交流驱动（在这个例子中，是脉冲驱动）进行了比较。对于直流驱动，安全工作区域边界将比使用较短脉冲的驱动更靠近原点。当脉冲持续时间较短时，安全工作区域扩大的原因是因为平均电流会更低，假设脉冲重复频率相同。

总的来说，有三个主要因素决定了场效应管的安全工作区：

• 结的稳态温度

• 导通状态电阻

• 驱动方式（直流、交流等）

一般而言，任何与直流驱动平均电流相匹配的交流驱动都会有类似的安全工作区。当交流驱动中的平均电流减少时，安全工作区将会扩大。这可以作为选择功率传输应用中使用的MOSFET的一个简单指标：只需比较交流驱动下的平均电流与在类似操作参数（V(DS)和I(D)）下的直流驱动电流，以确定MOSFET在交流驱动下是否可靠。

另一个更难以解决的因素是MOSFET的温度，特别是结温度。如果结温度过高，则MOSFET有故障的风险。为了与安全工作区进行准确比较，需要确定导通状态下的功率损失，并使用元件的热阻来预测平衡温度。一般来说，结温度越高，安全工作区就越小。

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